基于热电致冷器的双纵模激光器偏频锁定方法和装置

摘要

基于热电致冷器的双纵模激光器偏频锁定方法和装置属于激光应用技术领域，本发明将1台功率平衡式双纵模稳频激光器A输出激光的频率作为基准频率，同时通过热电致冷器控温调节腔长使n≥1台双纵模激光器B1，B2，...，Bn输出激光的频率与该基准频率保持为一固定差值，从而使双纵模激光器B1，B2，...，Bn输出激光具有统一的频率值，其相对频率稳定度达到10-8，频率一致性达到10-8，克服了传统稳频激光器中由于基准频率不一致导致稳频激光器之间的频率一致性仅达到10-6～10-7的不足。

主权项

一种基于热电致冷器的双纵模激光器偏频锁定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)开启双纵模稳频激光器A电源，经过预热和稳频过程后，激光器A内部激光管输出偏振方向相互正交的两个纵模光，利用偏振分光器取出其中一个纵模光作为激光器A的输出光，该输出光由光纤分束器分离成n≥1路，记为光束X1，X2，...，Xn，其光波频率记为vr，作为双纵模激光器B1，B2，...，Bn频偏锁定的参考频率；(2)同时开启双纵模激光器B1，B2，...，Bn电源，测量当前环境温度T0并以此确定预热目标温度值Tset，且T0＜Tset，由热电致冷器对双纵模激光器B1，B2，...，Bn的激光管进行预热，并根据当前温度Treal和预热目标温度Tset之差不断调整热电致冷器反向电流值大小，使激光管的温度逐渐趋于预先设定的温度值Tset，并最终达到热平衡状态，此时各激光管输出激光均包括偏振方向相互正交的两个纵模光，利用偏振分光器件分离出其中一个纵模光作为双纵模激光器B1，B2，...，Bn的输出光，记为光束Y1，Y2，...，Yn，相应的光波频率记为v1，v2，...，vn；(3)双纵模激光器B1，B2，...，Bn在其预热过程结束后进入锁频控制过程，将光束X1，X2，...，Xn分别与光束Y1，Y2，...，Yn进行光学混频并形成n路拍频光信号，利用高频光电探测器将n路拍频光信号转换为n路电信号，经信号调理后，其频率值由频率测量模块测得，记为Δv1，Δv2，...，Δvn，其中Δvi＝|vi‑vr|，i＝1，2，...，n；(4)双纵模稳频激光器B1，B2，...，Bn在各自光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn值变化的同一单调区间实现激光频率的锁定，且所有激光器预先设定的偏频参考值Δvset相同，将测量得到的光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn作为锁频闭环控制的反馈信号，与预先设定的偏频参考值Δvset求差，根据光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn与偏频参考值Δvset求差所得差值的正、负和大小调整热电致冷器施加电流的正向、反向和大小，从而控制其对激光管致冷和加热，进而改变激光管的温度、谐振腔长度和激光纵模频率，使Δv1，Δv2，...，Δvn趋于Δvset；(5)当Δv1＝Δv2＝...＝Δvn＝Δvset时，双纵模激光器B1，B2，...，Bn锁频控制过程完成，其由偏振分光器件分离出单纵模激光Y1，Y2，...，Yn的频率锁定在同一频率值上，即v1＝v2＝...＝vn＝vr+Δvset或v1＝v2＝...＝vn＝vr‑Δvset；(6)将预设的偏频参考值调整为Δv′set，重复步骤(4)、(5)，双纵模激光器B1，B2，...，Bn输出激光Y1，Y2，...，Yn的频率锁定在重新设置的频率值vr+Δv′set或vr‑Δv′set上，从而其输出激光的频率值得到调整。